電機設計第4部分

1、 4.1 小型三相同步發(fā)電機設計4.2 永磁同步發(fā)電機設計4.3 異步起動永磁同步電動機設計第4部分 同步電機設計 4.1 小型三相同步發(fā)電機設計4.1.1 小型三相同步發(fā)電機設計的主要問題小型三相同步發(fā)電機電磁設計是在已確定的視在功率或有功功率、電壓、相數、頻率、功率因數、轉速等額定值的情況下，按產品技術要求確定電磁負荷、有效部分尺寸、繞組數據及性能參數等。1、電磁負荷的取值范圍：設計時如果想要少用銅，在選擇電磁負荷時，要盡可能用較高的氣隙磁密和電樞電密，而線負荷A要盡可能取得低；若設計時要少用鐵，則應適當提高線負荷A 。由于F級絕緣材料的發(fā)展和運用，電磁負荷的取值也相應地提高。目前小型同步

2、發(fā)電機的電磁負荷的取值范圍如下表： 4.1 小型三相同步發(fā)電機設計（同容量的電機，F(xiàn)級的絕緣電機的體積比B級的絕緣電機的體積小，氣隙磁密一樣，但體積小的定子齒等鐵心的磁密要高些） 4.1 小型三相同步發(fā)電機設計2、氣隙長度 的確定 小型發(fā)電機的氣隙長度可由公式確定，即： 3010cNK AKcmB-飽和短路比，對自勵恒壓發(fā)電機 cK0.250.7cK -經驗系數， 00.220.24K ；0K-線負荷 ，A-額定工況的氣隙磁密， ，NB-極距。 目前小型同步發(fā)電機的氣隙一般取 0.52.5mm。3、定轉子槽數及槽形小型三相同步發(fā)電機定子每極每相槽數一般選用整數槽， 3 4 5q 、。為了消除齒

3、諧波電勢對電壓的影響，定子或轉子采用斜槽，一般是斜一個齒距。 4.1 小型三相同步發(fā)電機設計從工藝考慮，隱極式轉子從過去的采用大小槽結構（便于氣隙磁場正弦分布），到現(xiàn)在采用等槽結構，一般每極的有效槽數大都采用 68槽。 小型三相同步發(fā)電機定子槽形一般采用梨形或梯形半閉口槽形，如圖。4、電樞繞組的設計小型低壓發(fā)電機一般采用半閉口槽和散下的雙層疊繞組。在采用單相三次諧波繞組提供勵磁功率的發(fā)電機，電樞 4.1 小型三相同步發(fā)電機設計繞組常設計為單雙層繞組（雙層短距繞組，每槽中同相位的上、下線圈邊組成一個新的單層線圈邊，與同相屬的另一個類似槽中的新的單層線圈邊組成一個線圈，詳細見西交大電機設計p233

4、）。單相諧波繞組放在單層線圈的槽內，其節(jié)距為電樞繞組整距的 13。5、磁極結構和形狀的選擇小型三相同步發(fā)電機的轉子磁極結構分為凸極和隱極兩種結構。采用何種結構，是各個生產廠家的的工藝決定的。凸極結構，氣隙不均勻，一般取氣隙最大氣隙長度 與最小氣隙長度 maxminmin（磁極軸線處的氣隙，） 之比為： maxmin1.5；極弧系數 0.700.75a 。對于采用三次諧波勵磁的發(fā)電機， 4.1 小型三相同步發(fā)電機設計一般 maxmin1.21.3；對于30kW以下的發(fā)電機，為了制造方便，采用均勻氣隙。 隱極結構，采用均勻氣隙。 20世紀70年代末期發(fā)展了兼顧凸極和隱極結構優(yōu)點的整體凸極疊片轉子磁

5、極結構稱整體式凸極結構。這種結構的磁極和磁軛為一體，由0.5mm或0.65mm薄鋼片整片沖出，沖片疊壓并經氬弧焊焊成一體，疊裝在軸上，在鐵心上噴涂絕緣漆或者包絕緣。勵磁繞組由繞線機直接繞到極身上，邊繞邊涂線圈膠，然后整體浸漆烘干。 6、勵磁繞組設計勵磁繞組設計包括確定勵磁繞組匝數、導線尺寸以及勵磁系統(tǒng)對額定勵磁電壓和額定勵磁電流的要求。 4.1 小型三相同步發(fā)電機設計小型凸極同步電機的勵磁繞組一般采用漆包圓線或漆包扁導線。 7、阻尼繞組的設計 現(xiàn)代中大型發(fā)電機一般設有阻尼繞組。發(fā)電機裝置阻尼繞組，不僅使發(fā)電機運行穩(wěn)定，也可以減少發(fā)電機在短路或跳閘時的電樞過電壓及勵磁繞組的過電壓。 凸極發(fā)電機的

6、阻尼繞組是裝在極靴的表面。阻尼繞組由伸出極靴鐵心槽的阻尼條與兩端的端環(huán)焊接組成。 小型隱極發(fā)電機由于轉子磁極鐵心采用整塊合金鋼鍛成，合金鋼具有阻尼效果，故小型隱極發(fā)電機不再裝置阻尼繞組。中大型隱極發(fā)電機裝置阻尼繞組，阻尼條裝置在轉子鐵心安置勵磁繞組的開設槽的槽楔下，端環(huán)裝在中心環(huán)里。 4.1 小型三相同步發(fā)電機設計8、磁路計算 磁路計算的主要目的是計算電機的空載特性、短路比及滿載勵磁電流。 確定磁路各部分的磁密是否合理。凸極同步電機的磁路計算包括：氣隙磁勢，定子齒磁勢，定子軛磁勢，極身磁勢，轉子軛磁勢及第二氣隙磁勢（磁極和磁軛之間的氣隙）六部分。對整體凸極和隱極電機沒有第二氣隙磁勢。9、參數計

7、算計算定、轉子的直流電阻和各種電抗。 10、損耗與效率中小型同步發(fā)電機的損耗：1）鐵耗 定子齒和軛的鐵耗；2）定子銅耗；3)勵磁損耗；4）機械損耗；5）附加損耗。 效率計算和感應電機的一樣。 4.2 永磁同步發(fā)電機設計永磁同步發(fā)電機設計的主要問題:永磁材料的選擇、永磁體尺寸、轉子結構尺寸、定子繞組和定子沖片的確定、磁路計算、電壓調整率和短路計算。 4.3 異步起動永磁同步電動機設計4.3.1異步起動永磁同步電動機設計的主要問題永磁同步電動機由永磁（體）提供磁場，沒有了電勵磁同步電動機中的電刷及勵磁電源。 1、異步起動永磁同步電動機的結構異步起動永磁同步電動機由定子和轉子組成。 1）定子結構 永

8、磁同步電動機的定子結構和感應電機的相同。 2）轉子結構 轉子分為實心永磁轉子和籠型永磁轉子兩種。 實心永磁轉子結構鐵心由整塊鋼加工而成，上面銑出槽以放置永磁體。起動時，旋轉磁場在轉子鐵心中感應渦流產生起動轉矩?；\型永磁轉子是最常見的結構，轉子鐵心由0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成，上面沖有均勻的槽，通常是半閉口槽。 4.3 異步起動永磁同步電動機設計永磁同步電動機由于永磁體的放置原因，轉子很難斜槽，通常采用定子斜槽。轉子籠型繞組有銅條焊接式和鑄鋁式兩種，和感應電機的籠型轉子繞組一樣。 永磁體的固定方式有兩種：采用在永磁體上涂樹脂，再將永磁體插入轉子鐵心，樹脂凝固后將永磁體和轉子固定在一起；將永磁體

9、插入轉子鐵心，然后在鐵心兩端加非磁性端環(huán)固定在轉子鐵心上。 2.異步起動永磁同步電動機的轉子磁極結構 根據永磁體放置在鐵心的位置，將轉子磁極分為表面式和內置式兩種轉子磁極結構。 1）表面式轉子磁極結構4.3 異步起動永磁同步電動機設計結構如圖，圖a，永磁體用高強度非導磁圈固定在籠型轉子的外部。磁極（永磁體）之間如采用樹脂、鋁等非導磁材料填充，屬于隱極電機；磁極（永磁體）之間如采用導磁材料這種結構的電機籠型繞組導體在轉子內部，產生的起動轉矩（異步轉矩）較小。 填充， 屬于凸極電機，交軸磁阻小于直軸磁阻。4.3 異步起動永磁同步電動機設計2）內置式轉子磁極結構 在內置式轉子磁極結構中，永磁體位于籠

10、型繞組導體和鐵心軸孔之間的鐵心中。內置式轉子結構按一對極下永磁體的磁路關系，可以分為并聯(lián)式、串聯(lián)式和混合式三種。 并聯(lián)式磁路結構 并聯(lián)式磁路結構又稱切向式磁路結構，在該結構中，相鄰兩磁極的永磁體并聯(lián)提供每極磁通，如圖。 4.3 異步起動永磁同步電動機設計串聯(lián)式磁路結構 串聯(lián)式磁路結構又稱徑向式磁路結構，該結構由兩個磁極的永磁體串聯(lián)，如圖。 4.3 異步起動永磁同步電動機設計 混合式磁路結構 該結構集合了并聯(lián)式磁路結構和串聯(lián)式磁路結構，如圖。4.3 異步起動永磁同步電動機設計3.異步起動永磁同步電動機的電磁設計1）定子沖片尺寸和氣隙長度的確定 定子沖片尺寸和感應電機的相同。定子每極每相槽數一般取整數， 。氣隙長度比同容量的感應電機的氣隙長度大 126q 0.10.2 mm。2）定子繞組的設計 定子三相繞組常采用Y形聯(lián)接。定子繞組的類型和感應電機的一樣，有單層繞組和雙層繞組。為了提高起動轉矩，定子每相匝數比感應電機的要少些，起動電流當然也大些。電流密度比同容量感應電機的要小些。 4.3 異步起動永磁同步電動機設計3）轉子鐵心的設計 轉子槽數為極數的整數倍，且采用多槽遠槽配合。轉子槽形和感應電機的轉子槽形相似。 4.永磁體設計在異步起動永磁同